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操縱自旋流的極化方向是深入理解新型電荷-自旋轉換機制以及實現高效電控磁的關鍵。在傳統材料體系中，自旋極化的調控面臨諸多挑戰，如材料的不均勻性、與工藝的兼容性以及器件擴展性等。在此背景下，非共線交換彈簧作為一種新型磁結構單元，為探索和實現可調控的自旋極化提供了新思路。

研究人員提出一種新型非共線交換彈簧磁結構。該結構由具有垂直磁各向異性的硬磁CoTb和面內磁各向異性的軟磁Co薄膜的異質堆疊構成，通過界面磁耦合相互作用和磁各向異性競爭，形成了磁矩從垂直到面內連續過渡的非共線空間分布的交換彈簧磁結構。電流通過自旋霍爾效應產生y方向的自旋極化流，當沿y方向極化的自旋流經過非共線交換彈簧磁結構時會產生自旋重取向，從而獲得x和z方向的自旋極化，進而在室溫下實現零外場、全電學驅動的垂直磁化翻轉。

這種非常規的自旋極化方向可以根據界面交換耦合的鐵磁性或反鐵磁性進行調控，從而調控電控磁的翻轉極性。研究人員進一步建立了自旋與非共線空間分布交換場相互作用的微觀理論模型，并通過微磁學模擬方法定性和定量分析了z-極化自旋驅動的零外場確定性垂直磁化翻轉動力學過程。

該工作有望為下一代自旋電子器件的發展開辟新途徑。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1002/adma.202414139